NL9401709A

NL9401709A - Werkwijze en installatie voor het vergassen van vaste brandstof.

Info

Publication number: NL9401709A
Application number: NL9401709A
Authority: NL
Inventors: Maarten Johannes Van Der Burgt; Jacobus Van Liere
Original assignee: Kema Nv
Priority date: 1994-10-17
Filing date: 1994-10-17
Publication date: 1996-06-03
Also published as: EP0708168A1

Description

WERKWIJZE EN INSTALLATIE VOOR HET VERGASSEN VAN VASTE BRANDSTOF

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en op een installatie voor het vergassen van vaste brandstof, zoals kool en zwaar aardolieresidu.

Het vergassen van vaste brandstof is een zeer attractieve wijze voor het opwekken van electriciteit uit kool vanwege de hoge efficiëntie, de lage emissie van schadelijke stoffen en de modulaire opbouw van de installatie. Vergassen van kool of zware olieresiduen is ook een aantrekkelijke produktiewijze van grondstof voor de chemische industrie. Echter, de kosten voor een vergasserinstallatie zijn onacceptabel hoog. Kostbare onderdelen van een vergasserinstallatie zijn de eenheid voor het malen, drogen, op druk brengen en insluizen van de te vergassen brandstof, en (in het geval van een KV-steg) de syngaskoeler voor het opwekken van stroom via de voelbare warmte.

Het gebruik van een natte koolmassa in plaats van droge vaste brandstof heeft weliswaar het voordeel van eenvoud en lagere kosten voor de toevoereenheid van de brandstof, maar leidt inherent tot een substantiële toename van het verbruik aan brandstof en zuurstof.

Het uit de vergasser tredende gas dient te worden gekoeld teneinde het daarin aanwezige slakmateriaal te laten stollen alvorens de gasstroom in contact komt met een koud oppervlak. Hier kan het slakmateriaal kleven en daardoor de "warmteuitwisselende" oppervlakken vervuilen. Voor het afkoelen kan gebruik worden gemaakt van bijvoorbeeld een stralingskoeler, van een gekoeld gerecirculeerd gas of van ingespoten water. Dit laatste is minder gecompliceerd maar de warmte nodig voor het verdampen van het water moet als verloren worden beschouwd, waardoor de installatie-efficiëntie lager is dan bij recirculatie met schoon syngas o f 1/λλΙ en i n öön otval η λλοΙλαλΊ λυ*

De uitvinding beoogt de werkwijze en de installatie voor het vergassen van vaste brandstof zodanig te wijzigen, dat de voordelen van het gebruik van een waterige brandstofstroom worden behouden maar de daarmee verbonden nadelen zoveel mogelijk vermeden.

Dit wordt overeenkomstig de uitvinding bereikt met een werkwijze voor het vergassen van vaste brandstof welke omvat: i) het toevoegen van droge vaste brandstof aan een vergassereenheid; ii) het vergassen van de vaste brandstof bij hoge temperatuur en druk in de vergassereenheid; iii) het koelen van een de vergassereenheid verlatende, vergaste brandstof bevattende gasstroom met een waterige slurry van de brandstof; iv) het afscheiden van droge vaste brandstof uit de gasstroom; en v) het terugvoeren van de afgescheiden droge vaste brandstof naar de vergassereenheid.

Door een brandstofslurry te gebruiken als koelmiddel wordt het voordeel verschaft dat een eenheid voor het vooraf opwarmen en drogen en via lockhoppers op druk brengen van de kool niet meer vereist is. Nadat de waterige brandstofslurry bijvoorbeeld via plunjerpompen of andere pompen op eenvoudige wijze is gebracht binnen het bij hoge temperatuur en druk werkende systeem, kunnen de brandstofdeeltjes na afscheiden uit de gasstroom droog en op eenvoudige wijze als droge vaste brandstof worden toegevoerd aan de vergasser. De warmte van het syngas droogt nl. de kooldeeltjes en doet het overtollige water verdampen.

De waterige slurry van vaste brandstof bevat in het algemeen 90-10% water, bij voorkeur 75-25%, meer bij voorkeur 65-30% water. In een praktische uitvoeringsvorm bevat de waterige slurry circa 40% water.

De gasstroom die de vergasser verlaat moet worden gekoeld tot geneden 500°C teneinde zogenaamde alkali-overdracht te vermijden. Verder dient de temperatuur van de gasstroom te zijn gelegen boven circa 250°C teneinde de vorming van vast ammoniumchloride te vermijden. Bij het koelen van de gasstroom met de brandstofslurry kan zich het probleem voordoen dat op de kooldeeltjes van de vorming van kleverige brandstofdeeltjes en teer plaatsvindt, waardoor de benedenstrooms gelegen scheidingseenheid voor het afscheiden van vaste stof kan vervuilen. Met name teervorming kan worden vermeden door de gasstroom voor te koelen met een (inert) gas, zoals stikstof (of syngas). Bijvoorbeeld kan worden voorgekoeld tot een temperatuur,-waarbij de brandstofdeeltjes die aanwezig zijn in de brandstofslurry niet heter worden dan 300-350°C.

Indien het afscheiden van de*droge vaste brandstof uit de gasstroom geschiedt op een hoger niveau dan het niveau van de vergassereenheid zullen de terug te voeren brandstofdeeltjes onder een enigszins hogere druk staan in de standpijp dan de druk die heerst in de vergasser. Dit maakt voeding van de (droge) branders eenvoudig.

Indien uit de gasstroom met de droge vaste brandstof vliegas wordt afgescheiden, die wordt teruggevoerd naar de vergassereenheid waarna vloeibare slak wordt afgevoerd uit de vergassereenheid, wordt op deze wijze alle vliegas gerecirculeerd naar de vergasser en kan aldaar worden geagglomereerd tot verglaasde slakken die uit de vergasser wordt afgescheiden. Aldus ontstaat een in hoofdzaak volledig verslakkend proces.

Indien het vergassen wordt uitgevoerd in twee door de vergassereenheid omvatte, opeenvolgende vergassers wordt niet alleen een aanzienlijk lagere brandstof- en zuurstofconsumptie bereikt, maar zijn tevens teer en vochtvorming in hoofdzaak afwezig, terwijl er in hoofdzaak geen beperkingen zijn aan de deeltjesgrootteverdeling en de koekvormende eigenschappen van de brandstof. De voeding aan de tweede vergasser kan bestaan uit extra brandstof en/of deels omgezette brandstof.

Een ander aspect van de onderhavige uitvinding heeft betrekking op een vergasserinstallatie voor het vergassen van vaste brandstof, zoals kool en zwaar aardolieresidu, omvattende: een vergassereenheid die is voorzien van een inlaat voor droge vaste brandstof en een gasstroomuitlaat; een op de vergassereenheid aansluitende koeleenheid voor het koelen van de gasstroom met een waterige slurry van de vaste brandstof; een scheidingseenheid voor het afscheiden van droge vaste brandstof uit de gekoelde gasstroom; en een terugvoereenheid voor het terugvoeren van de uit de gasstroom afgescheiden droge vaste brandstof naar de vergassereenheid.

Met behulp van de werkwijze en de installatie volgens de uitvinding voor het vergassen van vaste brandstof, wordt niet alleen een aanzienlijk goedkopere installatie verschaft, maar is tevens de totale efficiëntie verhoogd tot circa 50%, terwijl het zuurstofverbruik met ongeveer een derde daalt.

Genoemde en andere kenmerken van de werkwijze en de vergassingsinstallatie volgens de uitvinding zullen hierna verder verduidelijkt worden aan de hand van twee uitvoeringsvoorbeelden die slechts bij wijze van voorbeeld worden gegeven terwijl wordt verwezen naar de bijgevoegde tekening.

In de tekening is: figuur 1 schematisch een vergassingsinstallatie volgens de uitvinding; en figuur 2 een stroomdiagram van een andere vergassingsinstallatie volgens de uitvinding waarin twee vergassers worden toegepast.

Figuur 1 toont een vergasserinstallatie 1 volgens de uitvinding. De installatie 1 omvat een vergassereenheid 3 met een vergasser 4 die is voorzien van een inlaat 5 voor droge vaste brandstof, en een uitlaat 6 voor een gasstroom die vergaste brandstof bevat. Deze gasstroom wordt voorgekoeld met behulp van een (inert) gas (bijvoorbeeld stikstof), dat wordt toegevoerd via de leiding 7. Hierdoor wordt het gas dat afkomstig is uit de vergasser 4 afgekoeld van circa 1500° tot circa 700°C. Het voorgekoelde gas treedt vervolgens in een koeleenheid 8 die omvat een sproeieenheid 9 voor het versproeien van een waterige slurry van vaste brandstof die wordt toegevoerd via de leiding 10. De gebruikte waterige slurry bestond uit 60% kool en 40% water en had een homnoratmir van 9Π°Γ

Uit de koeleenheid 8 treedt via de uitlaat 11 een twee-fasen-stroom, bestaande uit gas (circa 500-600°C en 15-20% waterdamp) en kool/vliegasdeeltjes met een temperatuur van circa 250-350°C.

In de op de uitlaat 11 volgende cycloon 12 worden grovere kool- en asdeeltjes afgescheiden. Gasstroomzijdig volgt op de cycloon 12 een keramische filtereenheid 13 voor het afscheiden van fijne kool- en asdeeltjes. Via de standpijpen 14 respectievelijk 15 wordt de verzamelde droge, vaste brandstof gebracht in een terugvoereenheid 16, bijvoorbeeld een wormtransporteur omvattende een roteerbaar gelagerde worm 17 die kan worden aangedreven met een motor 18. Aldus wordt gedoseerd bij de in het systeem heersende druk (30-40 bar) bij 250-300°C droge vaste brandstof toegevoerd via de inlaat 5 aan de vergasser 4.

Brandstofdosering kan via de leiding 19 met stikstof/stoom plaatsvinden, waardoor tevens het niveau van de brandstof in de standpijpen 14 en 15 kan worden geregeld.

Het gerecirculeerde vliegas en de bij het vergassen gevormde slakken worden afgekoeld in een waterbad 20, waarna de slakken worden afgevoerd via de uitlaat 21.

Het uit de keramische filtereenheid tredende gas (syngas,· temperatuur 500°C) wordt uiteindelijk na reiniging toegevoerd naar de gasturbine.

Figuur 2 toont een andere vergasserinstallatie 2 volgens de uitvinding. In dit geval bestaat de vergassereenheid 3 uit een eerste vergasser 23 en een tweede vergasser 24. Een koolslurry 25 wordt via de doseerpomp 26 toegevoerd aan de koeleenheid 27, waarin de uit de vergasser 24 afkomstige gasstroom die is voorgekoeld met stikstof 28 in de voorkoeleenheid 29 wordt gekoeld. De stroom 30 van gas en droge brandstofdeeltjes wordt gescheiden in de scheidingseenheid 31, en de droge vaste brandstof wordt toegevoerd aan de eerste vergasser 23 via de leiding 32.

In de luchtscheidingseenheid 33 wordt lucht 34 gescheiden in stikstof 28 die wordt toegevoerd aan de voorkoeleenheid 29 en zuurstof 34 die wordt toegevoegd aan de vergasser 23.

Slakken afkomstig uit de vergasser 23 worden afgekoeld in het kokende waterbad 35 en afgevoerd via de leiding 36. Gevormde stoom 37 wordt toegevoegd aan de tweede vergasser 24 waaraan eventueel uit de installatie vrijkomende stoom 38 eveneens wordt toegevoerd.

Het syngas 39 wordt tenslotte toegevoerd aan de behandeleenheid 40 en tenslotte toegevoerd aan de gasturbine.

Claims

1. Werkwijze voor het vergassen van vaste brandstof, zoals kool en zwaar aardolieresidu, omvattende: i) het toevoegen van droge vaste brandstof aan een vergassereenheid; ii) het vergassen van de vaste brandstof bij hoge temperatuur en druk in de vergassereenheid; iii) het koelen van een de vergassereenheid verlatende, vergaste brandstof bevattende gasstroom met een waterige slurry van de vaste brandstof; iv) het afscheiden van droge vaste brandstof uit de gasstroom; en v) het terugvoeren van de afgescheiden droge vaste brandstof naar de vergassereenheid.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin de waterige slurry van vaste brandstof 90-10%, bij voorkeur 75-25%, meer bij voorkeur 65-30% water bevat.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarin gekoeld wordt tot een gasstroomtemperatuur van 250-500°C, bij voorkeur 300-400°C, meer bij voorkeur 300-350°C.

4. Werkwijze volgens conclusie 1-3, waarin voorafgaande aan het koelen met de waterige slurry van vaste brandstof wordt voorgekoeld met een inert gas.

5. Werkwijze volgens conclusie 1-4, waarin het afscheiden van de droge vaste brandstof uit de gasstroom geschiedt op een hoger niveau dan het niveau van de vergassereenheid.

6. Werkwijze volgens conclusie 1-5, waarin uit de gasstroom met de droge vaste brandstof vliegas wordt afgescheiden, teruggevoerd naar de vergassereenheid en vliegasslakken worden afgevoerd uit de vergassereenheid.

7. Werkwijze volgens conclusie 1-6, waarin het vergassen wordt uitgevoerd in twee door de vergassereenheid omvatte, opeenvolgende vergassers.

8. Vergasserinstallatie voor het vergassen van vaste brandstof, zoals kool en zwaar aardolieresidu, omvattende een vergassereenheid die is voorzien van een inlaat voor droge vaste brandstof en een gasstroomuitlaat een op de vergassereenheid aansluitende koeleenheid voor het koelen van de gasstroom met een waterige slurry van de vaste brandstof; een scheidingseenheid voor het afscheiden van droge vaste brandstof uit de gekoelde gasstroom; en een terugvoereenheid voor het terugvoeren van de uit de gasstroom afgescheiden droge vaste brandstof naar de vergassereenheid.

9. Installatie volgens conclusie 8, waarin de koeleenheid omvat een voorkoeleenheid voor het koelen van de gasstroom met een inert gas.

10. Installatie volgens conclusie 8 of 9, waarin een scheidingseenheid voor het afscheiden uit de gasstroom van droge vaste brandstof op een hoger niveau is gelegen dan de vergassereenheid.

11. Installatie volgens conclusie 8-10, waarin de vergassereenheid twee opeenvolgende vergassers omvat.